本发明属于功能性涂料技术领域，尤其涉及一种环保型室内用吸附与光催化硅钛气凝胶内墙涂料及其制备方法。
背景技术：
甲醛是一种无色具有刺激性气味的气体，日常使用的装修材料及新的室内家具是造成甲醛污染的主要来源。由于技术和材料的限制，房屋在装修后一般会有大量甲醛残留，科学研究表明，甲醛存在的时间非常长，其潜伏期一般为3-15年，通过简单的通风、吸附不能将其彻底根除，只有将甲醛彻底分解才能将其彻底清除，防止二次污染。
活性炭、硅藻泥均是利用吸附功能去除甲醛的传统产品。活性炭通过物理吸附的方式去除甲醛，当活性炭的吸附能力达到饱和后，就无法继续有效去除甲醛，当空气温度或湿度变化时，还会将吸附的甲醛释放出来。硅藻泥是一种直接用于墙面装饰的涂料，只具有吸附甲醛的功能，并没有降解甲醛的功能，其吸附能力达到饱和后就无法继续吸附，不能持续和长效的去除甲醛，因此不能从根本上消除甲醛。
纳米二氧化钛(tio2)是近年来新兴的一种光催化材料，在光照条件下，纳米二氧化钛能使甲醛降解为二氧化碳和水，将甲醛彻底消除，因此，纳米二氧化钛是一种优良的光催化剂。纳米二氧化钛发挥光催化作用需要满足以下条件：1、光照；2、二氧化钛的粒径达到纳米级，从而使其颗粒表面具有足够强的氧化能；3、纳米二氧化钛的晶相结构在锐钛型以上。但是单一分散的纳米二氧化钛很难制备，其具体原因如下：晶相结构在锐钛型以上的纳米二氧化钛在制作过程中必须经过600℃以上的高温烧结，纳米级的材料在高温烧结过程中一定会发生团聚，因此，生产成本非常高；另外，由于纳米二氧化钛的比表面积很大，表面能也很大，制作完成的纳米二氧化钛在涂料体系中其它材料的分散过程中也非常容易团聚，引起光催化效果降低甚至失效。
为了净化甲醛，现有涂料中虽然出现了一些添加纳米二氧化钛的产品，但是基于纳米二氧化钛在制备过程中易团聚的难题，这些涂料产品往往仅具有仅具有吸附功能或者仅具有光催化功能或者虽然具有吸附与光催化的双重功能，但是其制作过程中技术难度非常大，生产成本非常高；另外，这些涂料在使用过程中纳米二氧化钛易产生催化剂中毒现象，缩短其使用寿命。
专利号为201210573769.3的中国专利公布了一种复合型光触媒空气净化水性内墙涂料，一种复合型光触媒空气净化水性内墙涂料，其特征在于：包括光催化填料、聚氨酯乳液、丙二醇苯醚、分散剂、稳定剂、润湿剂、水、防霉剂、消泡剂、流平剂、增稠剂，纳米氧化锌或纳米二氧化锡构成。这种内墙涂料利用光催化原理所研制的空气净化涂料配方中仅仅通过添加多种光触媒物质，达到光催化的目的，但是其并不具备吸附能力，光催化效果差，单一的tio2和其它材料复合易产生团聚现象，另外，易产生催化剂中毒现象，使用寿命短。
专利号为201110123361.1的中国专利公布了一种新型抗甲醛净味全效水性内墙涂料，包括除醛乳液、聚氨酯改性丙烯酸树脂、竹炭粉、纳米二氧化钛光催化剂、碳酸钙及颜填料、消泡剂、分散剂、防沉剂、水和助剂，此种涂料虽然利用物理吸附与化学分解相结合的方法去除甲醛，但是在涂料的制备过程中纳米二氧化钛光催化剂易发生团聚，进而影响其催化性能，另外，也易产生催化剂中毒现象，使用寿命短。
因此，开发出一种对甲醛具有长效催化效果的涂料产品显的尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，为了达到对甲醛具有长效催化效果的目的，提供了一种硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料及其制备方法，该内墙涂料利用硅气凝胶吸附甲醛，纳米二氧化钛光解甲醛，形成了边吸附边分解的模式。
本发明所采用的技术方案为：
一种硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料，按照重量份数计，包括水a、混料a-1、混料a-2，按照重量比计，所述水a：混料a-1、混料a-2＝1～3：2～6：1～3；
所述混料a-1包括纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体、气凝胶粉体a、润湿剂a-1、润湿剂a-2、颜填料a，所述气凝胶粉体a添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.02～0.25倍，所述润湿剂a-1添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.5～3倍，所述润湿剂a-2添加的重量份数为气凝胶粉体a重量份数的0.5～2倍，所述颜填料a添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.5～3倍；
所述混料a-2按照重量份数计，包括1～12重量份的流平剂a、1～20重量份的分散剂a、1～10重量份的防腐剂a、1～10重量份的消泡剂a、10～50重量份的苯乙烯-丙烯酸乳液a、5～40重量份的弹性乳液a、5～40重量份的有机硅改性丙烯酸乳液a、成膜助剂a、增稠剂a、ph调节剂a，ph值为7～8.5；混料a-2为粘结剂；
所述成膜助剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.1～12％；
所述增稠剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.5～5％；
所述ph调节剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.5～5％。
优选的，所述颜填料a为氧化锌a、硫酸钡a、滑石粉a、硅藻土a、重钙粉a中的一种或几种和钛白粉a。
优选的，所述钛白粉a为锐钛型。
优选的，所述润湿剂a-1为甲醇a、乙醇a、丙醇a、正丁醇a、戊醇a中的一种或几种，所述润湿剂a-2为乙二醇a或丙二醇a中的一种或两种。
优选的，所述苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a的固含量≥60％，粘度≥1000cps；所述流平剂a为聚醚硅氧烷流平剂，所述消泡剂a有效成分为疏水性的二氧化硅，所述成膜助剂a为三甲基戊二醇a、单异丁酸酯a、醇脂12a的一种或几种，所述分散剂a为阴离子型分散剂，所述增稠剂a为羟乙基纤维素a、羟甲基纤维素a的一种或两种。
具体来说，气凝胶粉体a的制备方法，包括以下步骤：
(a)制备硅源和溶剂的混合溶液
取摩数3.0～4.0的硅酸钠b装入反应釜中，加入硅酸钠b质量1～3倍的水b进行稀释，反应釜以80～200r/min的速度搅拌30min，经200目筛过滤，得到硅酸钠溶液b；
硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成，其化学式为r2o·nsio2，式中r2o为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的摩数，最常用的是硅酸钠水玻璃na2o·nsio2；
(b)溶胶
取a酸，在a酸中加入a酸金属盐和稀土a酸盐，混合均匀后，以喷淋的方式加入至步骤(a)得到的硅酸钠溶液b；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，控制硅酸钠溶液b的ph值为1.5～3.0，控制其平均孔径为15～30纳米，得到溶胶，本步骤用时60～120min；
优选的，上述步骤(b)中,所述a酸为硫酸b、盐酸b、草酸b或硝酸b，用水b调节至6～15mol/l；
优选的，上述步骤(b)中,所述a酸金属盐为a酸锆盐或a酸铝盐；
优选的，上述步骤(b)中,所述稀土a酸盐为a酸铈盐、a酸钇盐或a酸镧盐；
a酸金属盐和稀土a酸盐容易吸潮，会导致计量不准确，所以为了准确定量其加入量，上述步骤(b)中所述a酸金属盐和稀土a酸盐以氧化物计，两者的摩尔比是100：1～6；步骤(b)中a酸金属盐的氧化物和硅酸钠b中氧化硅的摩尔比2～5：100；例如，a酸金属盐为硫酸铝b，以其氧化物计，即以氧化铝b和硅酸钠b中氧化硅的摩尔比为2～5：100。
(c)凝胶
取氢氧化钠b或氨水b，加入水b稀释至ph值为10～11.5，以喷淋的方式加入至反应釜中；喷淋的同时以1200～2000r/min的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的ph值为4.5～5.5时，终止喷淋，得到凝胶，本步骤用时80～180min；
(d)老化
反应釜内以20～50r/min的速度继续搅拌3～10h，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为35～50℃；现有技术一般是采用静置的方式进行老化，耗时3～5天，并不会对凝胶进行搅拌，原因是现有技术普遍认为老化的过程中是需要静置的，静置能够便于气凝胶的结构生长；
(e)溶剂置换
在反应釜内进行持续搅拌60～180min，同时加入与步骤(d)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂b，以置换出剩余的水分；现有技术担心搅拌会破坏其结构，一般不会在置换时进行搅拌，会采取静置处理，导致耗时较长；本发明提供的制备方法在溶剂置换时进行搅拌60～180min，能够极大缩短置换周期，微观结构并没有受到破坏；
优选的，上述步骤(e)中,所述的置换溶剂b为甲醇b、丙酮b、正己烷b或庚烷b的一种或几种的混合物。
(f)表面修饰
在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤(d)反应釜内老化物料同体积的偶联剂b；经过搅拌60～180min，得到包覆有置换溶剂b和偶联剂b的硅气凝胶前驱体b；
上述步骤(f)表面修饰加入的偶联剂b将气凝胶微孔内的水置换出来，偶联剂b填充进气凝胶微孔内，能够提高微孔结构的稳定性，提高孔径大小的平均性；此外，通过对加入不同的偶联剂b进行表面修饰后，能够调整气凝胶疏水性、亲水性功能。
优选的，上述步骤(f)中所述偶联剂b为六甲基二硅氮烷b、双(三甲硅基)乙酰胺b、甲氧基三甲基硅烷b、二甲氧基二甲基硅烷b、苯基三乙氧基硅烷b、苯基三甲氧基硅烷b、乙烯基三甲氧基硅烷b、甲基三乙氧基硅烷b和甲基三甲氧基烷b的一种或几种；
优选的，上述步骤(e)或步骤(f)中所述的搅拌为在反应釜内进行搅拌；
优选的，上述步骤(e)或步骤(f)中所述搅拌为反应釜中心提供快速的顺向搅拌(高速剪切盘)，反应釜中心的外围提供折流板来实现的。
此硅气凝胶前驱体b是一种结构可控的轻质多孔非晶态无机纳米材料，具有连续三维网状结构，其孔隙率高达80％以上，平均孔径为20nm左右，比表面积大于500㎡/g，密度小于70kg/m3，常温常压下导热系数小于0.020w/(m·k)，比静止空气的热导率0.022w/(m·k)还低，是目前难得的低成本、产业化、低导热率的固体材料；
现有的前体硅气凝胶前驱体是在高温高压下采用超临界干燥工艺制作而成，其生产条件苛刻，工艺复杂，危险性大，生产装置投资大，制备效率低，原材料以高价的硅醇为主，成本高；本发明中的硅气凝胶前驱体是在常温常压下制备，工艺简单稳定，安全性高，工艺过程从传统的300h降至30h，同样产能的生产装置投资仅为传统方法的1/20，原材料价格比传统硅源低10倍以上，产品成本仅为传统方法的1/10。
(g)硅气凝胶粉体b的制备
将硅气凝胶前驱体b放入干燥釜，在干燥釜内充入氮气赶氧，直至干燥釜内氧含量小于3％，然后对干燥釜内的物料进行微波真空干燥；干燥釜内负压0.08～0.12mpa，温度为80～135℃，干燥后制得固态粉末状的硅气凝胶粉体b，此硅气凝胶粉体b即为混料a中采用的气凝胶粉体a；硅气凝胶前驱体b包覆有置换溶剂b和偶联剂b，属于氢氧化物，经过微波干燥后变成了固态粉末状的氧化物。
优选的，上述步骤(g)中，微波真空干燥的微波时间50～80分钟，微波频率2450mhz±10mhz。
优选的，所述水a、水b为去离子水；进一步降低生产成本。
具体来说，所述纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体的制备方法按照zl201410311741.1中记载的方法进行制备，包括以下步骤：
(ⅰ)将硅气凝胶颗粒c经300目筛，浸泡于20°氨水c中30～36h，得到料a；将稀土硝酸盐c以1：1重量比溶于去离子水c中，过滤后得到料b；
(ⅱ)由于硫酸钛c在采购时的标定方法和标准各有不同，为了更加准确的加入硫酸钛c的量，以硫酸钛c转化为氧化钛c的量为标定手段；以硫酸钛c转化为氧化钛c的重量比计为5％，将所需的硫酸钛c与重量比计为95％的去离子水c进行混合制成溶液；对溶液进行持续搅拌并加热到75～90℃，保持恒温，搅拌转速控制在500～800r/min的同时开启超声振动，在60～90min内匀速加入步骤(ⅰ)制取的料a，加入料a的量是由硅气凝胶c的重量来决定，硅气凝胶c的重量是以硫酸钛c转化为氧化钛c的重量的0.36～0.5倍；
(ⅲ)继续加入适量氨水c将ph值为调节至8.0～9.5，然后以30～80r/min的搅拌速度继续搅拌，搅拌的同时开启超声振动；反应60～90min，得到浆料c；
(ⅳ)将浆料c过滤、洗涤，控制浆料c的ph值为7～8，同时使过滤、洗涤后的浆料c的固含量＞40％；然后，加入其2倍的去离子水c，同时加入料b(稀土硝酸盐c容易吸潮，会导致测量不准确，所以为了准确定量稀土硝酸盐c的加入量，将稀土硝酸盐c以稀土氧化物计)，其中，料b中稀土硝酸盐c以氧化物计的重量是氧化钛c重量的3～7％，搅拌转速控制在500～800r/min，搅拌升温至75～90℃时，滴加氨水c调ph值为7～7.5，加入双氧水c，双氧水c的加入量为料b中稀土硝酸盐c以氧化物计的重量的10％，搅拌反应30分钟；洗涤、过滤后至物料固含量＞40％时，收集并得到浆料d；
这时，稀土硝酸盐c与氨水c发生反应转变为稀土氢氧化物c，硫酸钛c与氨水c反应生成氢氧化钛c；稀土氢氧化物c包覆在氢氧化钛c的表面，共同填充在硅气凝胶c的比表面上，硅气凝胶c的微孔结构里面充满了稀土氢氧化物c和氢氧化钛c；稀土氢氧化物c和氢氧化钛c的阴阳离子紧密结合，经过喷雾干燥和高温烧结后，稀土氢氧化物c与氢氧化钛c转变为纳米氧化钛/稀土氧化物固溶体c(其体积缩小到原来的0.2～0.4倍)，使硅气凝胶c的微孔结构任然存在。
(ⅴ)将浆料d进行喷雾干燥，干燥后进入管式振荡烧结炉，管式振荡烧结炉内的加热温度为450～600℃，使包覆在硅气凝胶c表面的氢氧化钛c与稀土氢氧化物c转换成纳米级锐钛型氧化钛c与稀土氧化物c，最终得到纳米氧化钛与稀土氧化物固溶体c复合的硅气凝胶光催化剂即为混料a中采用的纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体。
制备的纳米氧化钛与镧固溶体c复合的硅气凝胶光催化剂具有更高的比表面积，吸附能力更强，使其催化性能更高。
优选的，上述步骤(ⅰ)中的稀土硝酸盐c为硝酸镧c、硝酸铈c或硝酸钕c。
优选的，上述步骤(ⅱ)或步骤(ⅲ)中超声振动的频率为20～35khz，功率密度为0.3～0.8w/cm2。采用超声振动能够使搅拌时的混合更加均匀，促进纳米级颗粒的形成而不发生团聚，能够使包覆材料均匀地包覆硅气凝胶c。
优选的，上述步骤(ⅴ)中所用喷雾干燥进口温度200～300℃，出口温度100～120℃。
优选的，上述步骤(ⅴ)中管式振荡烧结炉的倾斜角度为5～8°，震动频率为300～380次/分钟。
一种硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将气凝胶粉体a、重量份数为气凝胶粉体a重量份数0.5～2倍的润湿剂a-2在转速为800～2500r/min的砂磨机中研磨20～80min后，过200目～1000目筛，得到粒径(粒径以d50表示)为500nm～2000nm的气凝胶粉体a与润湿剂a-2的混合物；
粒径d50为500nm～2000nm的气凝胶粉体a的接触角大于140°，为超疏水材料，使涂料的表面不沾染灰尘、水分，从而起到自洁功能；
在气凝胶粉体a研磨过程中加入润湿剂a-2，其目的是防止将气凝胶颗粒研碎，研磨出的气凝胶粉体a粒度均匀，研磨效果好；另外，在研磨过程中，利用润湿剂a-2占据气凝胶粉体a内部三维立体空间的多孔结构，防止在涂料制备过程中粘结剂或其它材料进入其三维立体空间封堵多孔结构，涂料喷涂在墙体上后，润湿剂a-2自然挥发，气凝胶粉体a内部仍然保持其三维立体空间结构，保障其自洁功能的发挥；
(2)将纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体、润湿剂a-1加入到捏合机中搅拌均匀，搅拌转速为30～250转/分钟，搅拌用时为20～50分钟，然后再将步骤(1)所得粒径为500nm～2000nm的气凝胶粉体a与润湿剂a-2的混合物加入到捏合机中搅拌均匀，搅拌转速为30～250转/分钟，搅拌用时为20～50分钟；以研磨过筛前的气凝胶粉体a计，气凝胶粉体a添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.02～0.25倍，所述润湿剂a-1添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.5～3倍；
纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体内部三维立体空间结构对其吸附与光催化活性的发挥具有重要作用，在涂料制备过程中粘结剂或其它材料进入其三维立体空间封堵多孔结构后会使其降低或丧失吸附与光催化活性；润湿剂a-1的作用是润湿纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体，占据纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体内部三维立体空间的多孔结构，防止在涂料制备过程中粘结剂或其它材料进入其三维立体空间封堵多孔结构，涂料喷涂在墙体上后，润湿剂a-1自然挥发，纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体内部仍然保持其三维立体空间结构，发挥吸附与光催化活性；
(3)将颜填料a、水a加入到捏合机中捏合均匀，捏合转速为100～500转/分钟，捏合用时为10～50分钟，所述颜填料a添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.5～3倍，按照重量比计，所述水a：(气凝胶粉体a+纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体+润湿剂a-1+润湿剂a-2+颜填料a)＝1～3：2～6；
(4)将1～12重量份的流平剂a、1～20重量份的分散剂a、1～10重量份的防腐剂a、1～10重量份的消泡剂a、10～50重量份的苯乙烯-丙烯酸乳液a、5～40重量份的弹性乳液a、5～40重量份的有机硅改性丙烯酸乳液a、成膜助剂a、增稠剂a、ph调节剂a混合后搅拌均匀得混料a-2，搅拌转速为150～850r/min,搅拌用时为10～50min,混料a-2的ph值为7～8.5；按照重量比计，所述水a：混料a-2＝1～3：1～3；成膜助剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.1～12％，增稠剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.5～5％，ph调节剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.5～5％；
(5)将步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)所得混合物均放入剪切搅拌机内搅拌均匀，搅拌转速为50～650r/min,搅拌用时为25～55min；
(6)将步骤(5)所得混合物过乳化泵均化物料，乳化泵的转速为500～2500r/min，过泵用时为10-20min；乳化后混合物过200-300目筛，即得硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料。
优选的，所述步骤(4)中，增稠剂a在使用前采用1～5倍重量的水d稀释并静置5h～24h；传统涂料制备工艺中，纤维素类增稠剂a为不经稀释直接添加到涂料中使用，由于纤维素类增稠剂a为多糖类物质，涂料容易出现局部粘度过大而结块的现象，影响涂料的性能；本发明中增稠剂a用水稀释并放置一段时间之后再使用，避免涂料出现局部粘度过大而结块，涂料成分均一，性能非常稳定。
本发明的工作原理
纳米结构的硅气凝胶可作为新型气体过滤体，与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀，气孔率高，并具有特别大的比表而积，是一种高效气体过滤材料；本发明中，首先利用气凝胶的多孔特性吸附和捕捉甲醛，然后，利用纳米二氧化钛的光催化作用，将吸附捕捉甲醛分解为二氧化碳和水，将甲醛从根本上予以光解消除，这样边吸附边分解，成功达到长效去除甲醛的效果。
本发明的有益效果在于：
1、本发明在涂料的制备原料中添加了纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体，在光催化剂粉体的制备工艺中加入了超声振动、喷雾干燥、管式振荡高温烧结等工艺，解决了纳米级氧化钛容易自发形成团聚体的技术问题，本发明中的光催化剂粉体光催化性能好，能够长效、强效的吸附并催化分解甲醛；
2、除甲醛外，本发明中的涂料对室内存在的其它挥发性有机化合物(简称voc)、细菌、病毒、pm2.5也有长效去除效果；
3、将气凝胶粉体a研磨至粒径为500nm～2000nm，使涂料具有自洁功能，保护吸附与光催化材料，只有甲醛等污染物可以被光催化剂吸附并进行降解，防止光催化剂中毒，光催化剂使用寿命长，涂料长期有效；
4、纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体为纳米二氧化钛与硅气凝胶(纳米tio2/si气凝胶)的复合形式，涂料在使用时，利用硅气凝胶吸附甲醛等污染物，纳米tio2光解甲醛等污染物，边吸附边分解，达到长效分解的效果，采用边吸附边分解的形式，解决了吸附材料吸附饱和后功能失效的问题，吸附的污染物不会再次释放；
5、纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体采用纳米tio2/si气凝胶复合的形式，具有强效性与长效性两个方面的特点，以去除甲醛为例：第一，强效，在日光灯下48小时内对甲醛的去除率≥95％；第二，长效，气凝胶负责吸附甲醛，tio2负责光催化分解，将甲醛分解成水和二氧化碳，即边吸附边分解，再吸附再分解，持续地去除甲醛，即使在没有光照的环境下，依然能吸附甲醛，有光照时再对吸附的甲醛进行分解；
6、本发明将纳米tio2负载在硅气凝胶表面上，其作用有以下两点：
(1)从材料制备角度讲，使纳米tio2粒子均匀分散在气凝胶颗粒表面，而且由于气凝胶载体的阻碍作用，纳米tio2粒子难以相互吸引团聚；另外，由于气凝胶载体本身所含的无定形二氧化硅、氧化铁、氧化铝等成分使纳米tio2的禁带宽度减小，可见光的利用率提高，也即显著提高了材料在可见光下的光催化性能；
(2)从应用性能角度讲，将纳米二氧化钛负载到硅气凝胶上，使硅气凝胶不仅具有吸附捕捉游离在空气中的甲醛分子的功能，而且依靠均匀负载固定在气凝胶表面或纳米孔壁的纳米tio2的光催化作用能把气凝胶纳米孔洞内吸附捕捉的甲醛在光照条件予以分解；既解决了气凝胶本身不具备光催化降解功能，又克服了单分散纯纳米二氧化钛吸附捕捉功能的不足；使吸附捕捉甲醛等污染物的功能与光催化降解甲醛等污染物的功能集于一身；虽然，同时使用吸附材料如气凝胶和纯纳米tio2也能实现二种功能的结合，但是，由于纳米tio2的用量很少和难以在吸附材料中均匀分散，纳米tio2粒子可能离吸附质气凝胶颗粒的距离较远，因作用距离的限制难以降解气凝胶颗粒中吸附的甲醛等污染物；本材料由于纳米tio2粒子就在气凝胶颗粒的表面或孔壁，能近距离作用于吸附捕捉的甲醛等污染物，因此，光催化降解效率较高，而且用量少；
7、本发明中钛白粉选择锐钛型，其晶粒为10～20nm，为纳米级二氧化钛，其能够均匀负载固定在气凝胶颗粒表面，不会产生团聚现象，光催化作用佳，吸附有害气体的效果比同类产品，如活性炭、硅藻泥等高出20～50倍以上；
8、太阳光和灯光均可作为光解的光源，适用范围广；
9、本产品为白色液体涂料，产品粘度为800～1500cps；
10、本发明产品为水性涂料，不含苯类、醚类、甲醛等易挥发有机溶剂，无污染，符合现代环保理念；
11、本发明涂料成分中的成膜助剂a、流平剂a除其在涂料中应用的传统功能外，也起到调节涂料粘度的作用；
12、本发明中硅气凝胶粉体b制备的工作原理是：硅气凝胶前驱体b的制备方法中，凝胶过程中加入的a酸金属盐和稀土a酸盐，能够达到增韧和提高硅气凝胶耐热性的效果；老化和溶剂置换步骤均是在搅拌的状态下进行，大大提高了反应效率，压缩了工艺时间，适合产业化；利用硅气凝胶前驱体b制备固态粉末状硅气凝胶的工艺，是采用负压微波干燥的方法进行，微波能够直接深入至硅气凝胶的微孔结构，实现了由内至外的热传导模式；微波同时会对微孔结构内的物料产生微观意义上的“震动”，有效的避免了团聚现象发生；负压状态下，微孔内的溶剂的沸点、蒸发点或气化点均会降低；
13、本发明中硅气凝胶粉体b的制备方法与现有技术相比，其优势有以下几点：
(1)近年来，现有技术中有一些关于常温常压下制备硅气凝胶的相关报道和专利文献，但是大多是停留在实验室制备阶段，工艺过程较长，同时工艺实施范围过窄，难以实现大规模产业化生产和应用；本发明提供了常温常压下的制备方法，一改现有技术相对静止的工艺，在关键工艺过程施加搅拌，加速实现了气凝胶的水解、缩聚与修饰，实现了30小时内合成气凝胶前驱体的工艺，提供了一种工业上批量制备稀土增韧硅气凝胶的方法，为气凝胶的大量制造与使用提供了前提；
(2)现有技术中阻碍气凝胶发展的原因之一是气凝胶具有网状结构，但是该结构的边缘较薄、较脆，抗压强度低，容易受压坍塌，导致性能不稳定；本发明用加入稀土a酸盐和a酸金属盐，改善了该材料的韧性，提高了硅气凝胶的强度；
(3)现有技术制备的硅气凝胶的使用温度偏低，一般在500℃以下使用还比较稳定，500℃以上会导致硅气凝胶的内部结构变化，导致导热系数下降；本发明用加入稀土a酸盐和a酸金属盐，改善了该材料的耐温性能，提高了硅气凝胶的耐热温度；
(4)现有技术在制备固态硅气凝胶的过程中普遍采用的高温烧结、烘干等方法，会导致物料烧结过程中结构坍塌或烧结团聚，缩小材料的比表面积，大大影响了其导热系数；本发明对硅气凝胶前驱体b采用微波真空干燥，微波能够直接深入至气凝胶的微孔结构，实现了由内至外的热传导模式；负压状态下，微孔内的溶剂的沸点、蒸发点或气化点均会降低；微波会对微孔结构内的物料产生微观震动，有效的避免了高温烧结、烘干等方法所导致的物料的结构坍塌或烧结团聚现象发生，有效的提高了材料的比表面积与导热系数；
(5)微波真空干燥时充入氮气保护，负压低温用以进行安全回收置换溶剂或偶联剂再利用，以降低制造成本。所述微波真空干燥时充入氮气保护，且在负压低温状态下进行；微波真空干燥使微孔结构内的置换溶剂或偶联剂在负压状态发生气化，将其在低温状态液化，能够实现安全回收再利用，以降低工艺成本。
具体实施方式
一、纳米tio2/si气凝胶复合材料降解去除室内污染物(包含voc、细菌、病毒、pm2.5)的机理，以甲醛为例进行说明：
甲醛在纳米tio2/si气凝胶复合材料表面降解分为两个过程：(1)甲醛分子在复合材料表面的吸附过程；(2)吸附在复合材料表面的甲醛分子在光照下被光活性物质tio2降解的过程。
当能量超过tio2禁带宽度的光子照射在纳米tio2/si气凝胶复合材料表面时，处于tio2价带的电子就会被激发到导带上，从而分别在价带和导带上产生高活性自由移动的光生电子和空穴；由于复合材料表面负载的tio2是纳米级粒子，故光激发产生的电子和空穴可以很快从体内迁移到表面，空穴是强氧化剂，可以将吸附在tio2表面的羟基和水氧化为·oh；而导带电子是强还原剂，被吸附在tio2表面的溶解氧俘获而形成·o2－；部分·o2－可继续通过链式反应生成·oh；生成的·oh和·o2－具有较强的氧化性，据文献记载，tio2光催化反应生成的·oh自由基具有402.8mj/mol的反应能，高于有机化合物中各类化学键能，如：c－c(83)、c－h(99)、c－n(73)、c－o(80)、n－h(93)、h－o(111)等，故生成的·oh和·o2－可攻击甲醛的c－h键，与其活泼h原子产生新自由基，激发链式反应，最终使甲醛分解为无害物质。
纳米tio2/si气凝胶复合材料光催化降解甲醛气体时，活性·oh和·o2－共同起氧化作用，先将甲醛氧化为甲酸，最终分解为水和二氧化碳，其分解机理如下：
hcho+·oh→·cho+h2o
·cho-+·oh→hcooh
二、下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1-8
1、一种硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料的配方，包括水a、混料a-1、混料a-2，按照重量比计，所述水a：混料a-1、混料a-2＝1～3：2～6：1～3，实施例1-8中配方中组分配比明细见表1；
表1实施例1-8中硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料的组分配比明细表
混料a-1包括纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体、气凝胶粉体a、润湿剂a-1、润湿剂a-2、颜填料a，气凝胶粉体a添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.02～0.25倍，润湿剂a-1添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.5～3倍，润湿剂a-2添加的重量份数为气凝胶粉体a重量份数的0.5～2倍，颜填料a添加的重量份数为纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体重量份数的0.5～3倍，实施例1-8中混料a-1的组分明细见表2；
表2实施例1-8中混料a-1的组分配比明细表
混料a-2按照重量份数计，包括1～12重量份的流平剂a、1～20重量份的分散剂a、1～10重量份的防腐剂a、1～10重量份的消泡剂a、10～50重量份的苯乙烯-丙烯酸乳液a、5～40重量份的弹性乳液a、5～40重量份的有机硅改性丙烯酸乳液a、成膜助剂a、增稠剂a、ph调节剂a，ph值为7～8.5；
其中，成膜助剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.1～12％；增稠剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.5～5％；ph调节剂a添加的重量份数为苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a重量份数之和的0.5～5％，实施例1-8中混料a-2的组分明细见表3；
表3实施例1-8中混料a-2的组分配比明细表
颜填料a为氧化锌a、硫酸钡a、滑石粉a、硅藻土a、重钙粉a中的一种或几种和钛白粉a，钛白粉a为锐钛型，实施例1-8中颜填料a具体的组成成分及各组分用量见表4；
表4实施例1-8中颜填料a具体的组成成分及各组分用量明细表
苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a的固含量≥60％，粘度≥1000cps，实施例1-8中苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a具体明细见表5；
表5实施例1-8中苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a明细表
润湿剂a-1为甲醇a、乙醇a、丙醇a、正丁醇a、戊醇a中的一种或几种，润湿剂a-2为乙二醇a或丙二醇a中的一种或两种，实施例1-8中润湿剂a-1、润湿剂a-2具体成分明细见表6；
表6实施例1-8中润湿剂a-1、润湿剂a-2的具体成分明细表
水a为去离子水；
流平剂a为聚醚硅氧烷流平剂，消泡剂a有效成分为疏水性的二氧化硅；
成膜助剂a为三甲基戊二醇a、单异丁酸酯a、醇脂12a的一种或几种，分散剂a为阴离子型分散剂，增稠剂a为羟乙基纤维素a、羟甲基纤维素a的一种或两种，实施例1-8中成膜助剂a、增稠剂a具体成分明细见表7。
表7实施例1-8中成膜助剂a、增稠剂a的具体成分明细表
2、硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按照上述配方中的用量称量各组分；
(2)将气凝胶粉体a、润湿剂a-2在转速为800～2500r/min的砂磨机中研磨20～80min后，过200目～1000目筛，得到粒径为500nm～2000nm的气凝胶粉体a与润湿剂a-2的混合物；
(3)将纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体、润湿剂a-1加入到捏合机中搅拌均匀，初次搅拌转速为30～250r/min，初次搅拌用时为20～50min，然后再将步骤(2)所得粒径为500nm～2000nm的气凝胶粉体a与润湿剂a-2的混合物加入到捏合机中搅拌均匀，二次搅拌转速为30～250r/min，二次搅拌用时为20～50min；
(4)将颜填料a、水a加入到捏合机中捏合均匀，捏合转速为100～500r/min，捏合用时为10～50min；
(5)增稠剂a采用1～5倍重量的去离子水d稀释并静置5h-24h；将流平剂a、分散剂a、防腐剂a、消泡剂a、苯乙烯-丙烯酸乳液a、弹性乳液a、有机硅改性丙烯酸乳液a、成膜助剂a、去离子水稀释及静置后的增稠剂a、ph调节剂a混合后搅拌均匀得混料a-2，混料a-2的ph值为7～8.5，具体ph值见表3实施例1-8中混料a-2的组分配比明细表；搅拌转速为150～850r/min,搅拌用时为10～50min；
(6)将步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)所得混合物均放入剪切搅拌机内搅拌均匀，搅拌转速为50～650r/min,搅拌用时为25～55min；
(7)将步骤(6)所得混合物过乳化泵均化物料，乳化泵的转速为500～2500r/min，过泵用时为10～20min；乳化后混合物过200～300目筛，即得硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料；实施例1-8中步骤(2)-(7)中的变量参数明细见表8。
表8实施例1-8中步骤(2)-(7)中的变量参数明细表
3、硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料中采用的粒径d50为500nm～2000nm的气凝胶粉体a，具体制备步骤如下：
(a)制备硅源和溶剂的混合溶液
取摩数3.0～4.0的水玻璃b装入反应釜中，加入水玻璃b质量1～3倍的去离子水b进行稀释，反应釜以80～200转/分钟的速度搅拌30分钟，经200目筛过滤，得到水玻璃溶液b；
(b)溶胶
取a酸，在a酸中加入a酸金属盐和稀土a酸盐，混合均匀后，以喷淋的方式加入至步骤(a)得到的水玻璃溶液b；喷淋的同时以1200～2000转/分钟的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，控制ph值至1.5～3.0停止喷淋，喷淋时间控制在60～120分钟，得到溶胶；
a酸为硫酸b、盐酸b、草酸b或硝酸b，用去离子水b调节其浓度至6～15mol/l；
a酸金属盐为a酸锆盐或a酸铝盐，稀土a酸盐为a酸铈盐、a酸钇盐或a酸镧盐；
a酸金属盐和稀土a酸盐以氧化物计，两者的摩尔比是100：1～6；
a酸金属盐的氧化物和水玻璃溶液b中氧化硅的摩尔比2～5：100；
(c)凝胶
取氢氧化钠b或氨水b，加入去离子水b稀释至ph值为10～11.5，以喷淋的方式加入至步骤(b)反应釜内所得溶胶中；喷淋的同时以1200～2000转/分的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的ph值为4.5～5.5时，喷淋用时80～180分钟，得到凝胶；
(d)老化
反应釜内以20～50转/分的速度继续搅拌3～10小时，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为35～50℃；
(e)溶剂置换
在反应釜内搅拌的同时加入与步骤(d)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂b，以置换出剩余的水分，搅拌60～180分钟；
置换溶剂b为甲醇b、丙酮b、正己烷b或庚烷b的一种或多种的混合物；
(f)表面修饰
在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤(d)反应釜内老化物料同体积的偶联剂b，经过搅拌60～180分钟，表面修饰后得到包覆有置换溶剂b和偶联剂b的硅气凝胶前驱体b；
步骤(e)或步骤(f)中所述的搅拌是在反应釜中心提供快速的顺向搅拌，反应釜中心的外围提供折流板；
偶联剂b为六甲基二硅氮烷b、双(三甲硅基)乙酰胺b、甲氧基三甲基硅烷b、二甲氧基二甲基硅烷b、苯基三乙氧基硅烷b、苯基三甲氧基硅烷b、乙烯基三甲氧基硅烷b、甲基三乙氧基硅烷b和甲基三甲氧基烷b的一种或多种的混合物；
(g)硅气凝胶粉体b的制备
将包覆有置换溶剂b和偶联剂b的硅气凝胶前驱体b放入干燥釜内进行微波真空干燥，在干燥釜内充入氮气赶氧直至氧含量小于3％，负压0.08～0.12mpa，温度为80～135℃，微波频率2450mhz±10mhz，50～80分钟得到增韧的固态硅气凝胶粉体b；
实施例1-8中气凝胶粉体a的制备方法中各实施例的变量参数及具体数值见表9。
表9实施例1-8中气凝胶粉体a的制备方法中步骤(a)～(g)采用的具体参数明细表
3、硅钛气凝胶吸附与光催化内墙涂料中采用的纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体的制备方法按照zl201410311741.1中记载的方法进行制备，包括以下步骤：
(ⅰ)将硅气凝胶颗粒c经300目筛，浸泡于20°氨水c(液氨含量为20％，纯水含量为80％)中30～36h，称为料a备用；稀土硝酸盐c选择硝酸镧c、硝酸铈c或硝酸钕c；将稀土硝酸盐c以1：1重量比溶于去离子水c中，过滤后备用称为料b；
(ⅱ)将硫酸钛c(20％氧化物计)与去离子水c500kg的混合溶液，边搅拌边加热到75～90℃，保持恒温，搅拌转速控制在500～800转/分钟的同时开启超声振动，超声振动的频率f为20～35khz，功率密度p为0.3～0.8w/cm2，在60～90分钟内匀速加入硅气凝胶(料a)，加完后继续反应一段时间；
(ⅲ)加入适量氨水c(浓度为20％)将体系的ph值为调节至8.0～9.5，然后以30～80转/分钟的搅拌速度继续搅拌，搅拌的同时开启超声振动；反应60～90分钟，得到浆料c；
(ⅳ)将浆料c过滤、洗涤，使浆料c的ph值为7～8，过滤物料使固含量＞40％；然后，加入其2倍的去离子水c，同时加入料b，其中，料b中稀土硝酸盐c以氧化物计的重量是氧化钛c重量的3～7％，搅拌转速控制在500～800转/分钟，搅拌升温至75～90℃时，滴加氨水c调ph值为7～7.5，加入双氧水c，搅拌反应30分钟；洗涤、过滤后至物料固含量＞40％时，收集并得到浆料d；
(ⅴ)将浆料d进行喷雾干燥，干燥进口温度200～300℃，出口温度100～120℃,然后进入管式振荡炉，炉内的加热温度为450～600℃，使包覆在硅气凝胶c表面的氢氧化钛c与稀土氢氧化物c转换成纳米级锐钛型氧化钛c与稀土氧化物c，最终得到纳米氧化钛与稀土氧化物固溶体c复合的硅气凝胶光催化剂即为混料a中采用的纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体；实施例1-8中纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体的制备方法中步骤(ⅰ)～(ⅴ)中各变量参数及具体数值见表10。
表10实施例1-8中纳米氧化钛复合硅气凝胶光催化剂粉体的制备方法中步骤(ⅰ)～(ⅴ)采用的具体参数明细表
三、性能检测
对实施例1-8中的涂料产品进行甲醛净化性能、抗菌性能以及催化分解亚甲基蓝的性能进行检测，具体的检测依据和检测结果见表11、表12。
表11实施例1-8中产品净化效果检测依据和检测结果明细表
由表11中数据可知，实施例1-8中产品对甲醛的净化效果的持久性达到了70以上，对甲醛的净化性能达到了88％，符合ⅰ类标准，对甲醛具有长效催化效果；另外，也展现出了良好的抗菌性能。
表12实施例1-8中产品与现有产品对亚甲基蓝净化效果检测依据和检测结果明细表
由表12中数据可知，在其它条件相同的情况下，现有吸附与光催化涂料使体系中的亚甲基蓝褪色1次后，再在体系中添加亚甲基蓝，亚甲基蓝无法褪色；而实施例1-8中产品可以使体系中的亚甲基蓝褪色1次后，再在体系中添加7次亚甲基蓝，亚甲基蓝均可褪色，即使亚甲基蓝连续褪色8次，具有长效催化效果。
本发明中产品为长期有效的功能材料，其使用厚度在100um以下，装修48小时后，室内污染物即可达到国家标准，并可实现长效分解，经中国建筑材料工业环境监测中心检测，产品可去除室内空气中污染物80％以上。
以上对本发明的8个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。